無人機(jī)航測技術(shù)在水利信息采集中的應(yīng)用

樊灝 邢立文 樊漓

摘 ? 要：隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，取得了良好的應(yīng)用成果。在水利工程信息采集中，無人機(jī)航測技術(shù)具有成本低、效率高、操作安全等應(yīng)用優(yōu)勢，有效改善了傳統(tǒng)水利工程信息采集效率低下的問題，提高信息采集信息的準(zhǔn)確性。本文介紹了無人機(jī)航測技術(shù)概念，分析了無人機(jī)航測在水利信息采集中的應(yīng)用流程，以期促進(jìn)無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用與推廣，提高水利信息采集效率與質(zhì)量要。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) ?航測技術(shù) ?水利工程 ?信息采集

中圖分類號：P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0026-02

近年來，隨著我國大力發(fā)展水利工程建設(shè)，尤其是針對抗旱性水利工程項(xiàng)目建設(shè)速度顯著加快，而水利工程建設(shè)不可避免地涉及征地移民、淹沒范圍測量等問題，對水利信息采集精度、效率要求不斷提高。然而，由于水利基礎(chǔ)建設(shè)面臨涉及范圍廣、信息采集量大等現(xiàn)實(shí)問題，依靠傳統(tǒng)的人工測量難以滿足現(xiàn)階段工程建設(shè)需求。無人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，有效改善了水利信息采集的問題。無人機(jī)航測技術(shù)具有成本低、操作簡單、安全性高等特點(diǎn)，在局部水利信息采集中具有顯著應(yīng)用優(yōu)勢。因此，深入研究無人機(jī)航測技術(shù)在水利信息采集中的應(yīng)用具有重要的意義。

1 ?無人機(jī)航測技術(shù)概念

無人機(jī)航測技術(shù)是傳統(tǒng)航拍航測手段的有效補(bǔ)充，主要由硬件和軟件系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)包括無人機(jī)擠在系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)主要為航線設(shè)計(jì)、飛行控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控和航測數(shù)據(jù)預(yù)處理等。相較于傳統(tǒng)航拍航測技術(shù)，無人機(jī)航測具有機(jī)動(dòng)靈活、高校快速、精細(xì)準(zhǔn)確、成本低、適用范圍廣等特點(diǎn)，尤其適用于小區(qū)域、飛行困難地區(qū)的信息采集。隨著無人機(jī)與數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的融合，基于無人機(jī)平臺(tái)的信息采集技術(shù)顯示出獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢，使無人機(jī)航測成為航空遙感領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，可廣泛應(yīng)用于重大項(xiàng)目建設(shè)、自然災(zāi)害應(yīng)急與處理、國土監(jiān)察和資源開發(fā)等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

水利工程信息采集主要包括地形測量、縱橫斷面?zhèn)让?、平面高程控制測量、定線放線測量等。在部分山區(qū)、云層覆蓋廣、地形復(fù)雜的水利工程區(qū)域，傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感技術(shù)、航空航測技術(shù)成本高、精度低，且存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。無人機(jī)航測技術(shù)能夠在云下作業(yè)，采集的信息質(zhì)量較高，有效提高了平原、山區(qū)及云層較厚地區(qū)的水利信息采集效率。

2 ?無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用流程

在水利信息采集應(yīng)用中，無人機(jī)航測技術(shù)分為航測作業(yè)和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)流程。

2.1 無人機(jī)航測作業(yè)流程

無人機(jī)航測作業(yè)主要包括像控點(diǎn)布設(shè)、航線規(guī)劃和飛行作業(yè)3個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）像控點(diǎn)布設(shè)。

在水利信息采集中，首先應(yīng)布設(shè)像控點(diǎn)，合理設(shè)置信息采集區(qū)域，測圖比例尺可設(shè)置為1：1000。針對單點(diǎn)無人機(jī)定位系統(tǒng)測量精度較低的問題，可優(yōu)先選用差分定位測量，減少像控點(diǎn)布設(shè)數(shù)量，提高航測和數(shù)據(jù)處理效率。在像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)，測量人員使用Google Earth確定水利信息采集范圍，合理布設(shè)像控點(diǎn)，布設(shè)密度以300m左右布設(shè)一個(gè)為宜。針對地形復(fù)雜的區(qū)域，可適當(dāng)增加像控點(diǎn)數(shù)量，提高無人機(jī)航測定位準(zhǔn)確性。

（2）航線規(guī)劃。

航線規(guī)劃是基于無人機(jī)性能參數(shù)、攝像機(jī)參數(shù)、航空高度、航測比例尺、航測區(qū)域等基層信息設(shè)計(jì)的無人機(jī)飛行路線。在航線規(guī)劃中，應(yīng)遵循航向重疊度60%～70%、旁向重疊30%～50%的原則，并根據(jù)攝像機(jī)定焦鏡頭、固定快門時(shí)間和快門速度等，確定無人機(jī)航線、飛行速度及飛行方式。

（3）飛行作業(yè)。

在航線規(guī)劃完成后，測量人員可根據(jù)氣候、云層、可見度等情況，適時(shí)開展飛行作業(yè)。通常來說，無人機(jī)對起降點(diǎn)的要求較低，因此，可在相對平整、開闊的區(qū)域進(jìn)行起降。同時(shí)，在無人機(jī)航測中，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是對無人機(jī)進(jìn)行操控、跟著定位、信息傳輸和獲取機(jī)載信息的重要系統(tǒng)，其系統(tǒng)狀態(tài)直接影響信息采集質(zhì)量和無人機(jī)正常飛行，因此，操作人員應(yīng)在飛行作業(yè)前，對無人機(jī)狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行檢查，并進(jìn)行試飛作業(yè)，確認(rèn)無人機(jī)狀態(tài)及信息傳輸系統(tǒng)正常后方可進(jìn)行無人機(jī)飛行作業(yè)。當(dāng)無人機(jī)飛行至指定高度后，操作人員可設(shè)置無人機(jī)進(jìn)入自動(dòng)巡航模式，由無人機(jī)按航線規(guī)劃自動(dòng)上升至航拍高度，并自動(dòng)開展航拍作業(yè)。同時(shí)，在無人機(jī)航測過程中，操作人員應(yīng)持續(xù)關(guān)注無人機(jī)飛行高度、飛行姿態(tài)、狀態(tài)信息等參數(shù)，確保無人機(jī)運(yùn)行正常。

2.2 無人機(jī)航測數(shù)據(jù)處理

航測任務(wù)結(jié)束后，測量人員應(yīng)對已采集信息進(jìn)行處理，處理流程包括：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)解算兩個(gè)階段。

（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

無人機(jī)航測任務(wù)結(jié)束后，測量人員應(yīng)及時(shí)對采集的信息進(jìn)行處理，取出無人機(jī)機(jī)載設(shè)備內(nèi)存卡，并導(dǎo)出無人機(jī)飛行記錄數(shù)據(jù)文件。在飛行記錄數(shù)據(jù)文件中，測量人員應(yīng)注意位置及姿態(tài)信息，這些數(shù)據(jù)是判定、計(jì)算水利信息收集位置、旁向傾角和航向傾角的重要依據(jù)。將航測數(shù)據(jù)導(dǎo)出后，應(yīng)對采集信息進(jìn)行比對，并建立相應(yīng)的航帶影響縮略圖，并通過人工方式對航測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并調(diào)整航帶，直至航帶信息完整、無誤后方可存儲(chǔ)備用。在整理航帶的同時(shí)，測量人員還應(yīng)準(zhǔn)備相應(yīng)的相機(jī)校檢參數(shù)，將相機(jī)校檢參數(shù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件中，實(shí)現(xiàn)對采集信息的自動(dòng)調(diào)整。此外，當(dāng)像控點(diǎn)平面控制系統(tǒng)為獨(dú)立坐標(biāo)系時(shí)，測量人員應(yīng)以1985年頒布的國家高程基準(zhǔn)為依據(jù)，合理設(shè)置高程控制網(wǎng)。

（2）數(shù)據(jù)解算。

在無人機(jī)航測技術(shù)中，數(shù)據(jù)解算是信息采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)解算準(zhǔn)確性、質(zhì)量直接影響航測工作質(zhì)量，甚至對水利工程施工造成不可預(yù)估的影響。因此，在數(shù)據(jù)解算時(shí)，為了確保航測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性，測量技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行操作。首先，選擇本地處理，并新建項(xiàng)目，將導(dǎo)出的信息導(dǎo)入到軟件中，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、修改圖像坐標(biāo)系等操作，使航測信息與位置信息進(jìn)行匹配。再根據(jù)導(dǎo)出的相機(jī)校檢參數(shù)對項(xiàng)目進(jìn)行修改和調(diào)整，以完成數(shù)據(jù)處理過程;其次，打開數(shù)據(jù)處理軟件控制點(diǎn)編輯器，選擇相應(yīng)的控制點(diǎn)坐標(biāo)系和采集區(qū)域合適的坐標(biāo)系，導(dǎo)入無人機(jī)航測布設(shè)的像控點(diǎn)，并通過平面編輯器對像控點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注;再次，在完成數(shù)據(jù)處理后，測量技術(shù)人員應(yīng)對項(xiàng)目進(jìn)行初始化處理，并在初始化處理基礎(chǔ)上，通過調(diào)整像控點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)航測信息的精細(xì)化處理，直至采集信息精度滿足水利信息采集要求。

3 ?結(jié)語

與傳統(tǒng)的旋翼機(jī)航測技術(shù)相比，無人機(jī)航測技術(shù)不受云層、地形等因素限制，操作簡單、信息采集成本大幅降低，為水利工程勘測和建設(shè)提供了更加便利的施工條件，促進(jìn)了水利工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。為了進(jìn)一步提高水利信息采集效率，加快無人機(jī)航測技術(shù)在水里信息采集中的應(yīng)用與推廣，水利信息測量技術(shù)人員應(yīng)深入研究無人機(jī)操控、數(shù)據(jù)處理相關(guān)技術(shù)，尤其是加強(qiáng)無人機(jī)航測相關(guān)參數(shù)方面的研究，積極學(xué)習(xí)和掌握該領(lǐng)域新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用方法，加快無人機(jī)航測技術(shù)引進(jìn)和更新步伐，為水利信息采集奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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